(57)【要約】【課題】亜硝酸態窒素への硝化処理（亜硝酸型の硝化反応）を安定して、且つ高負荷で行うことができるアンモニア態窒素含有排水の処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】アンモニア態窒素含有排水中のアンモニア態窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化する硝化槽と、前記亜硝酸態窒素を窒素に還元する脱窒槽１４と、前記硝化槽又は脱窒槽１４で処理された液中の生物汚泥を前記硝化槽又は前記硝化槽に導入される前の前記アンモニア態窒素含有排水に返送する汚泥返送ライン１８と、を有するアンモニア態窒素含有排水の処理装置１であって、前記硝化槽は、第１硝化槽１０及び第２硝化槽１２が直列に配置されたものであり、少なくとも第２硝化槽１２には生物保持担体が設置されず、第２硝化槽１２の容積は、全硝化槽の総容積の１／５０以上〜１／３以下の範囲とする。【選択図】図１
2013081881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア態窒素含有排水中のアンモニア態窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化する硝化手段と、前記亜硝酸態窒素を窒素に還元する脱窒手段と、前記硝化手段又は前記脱窒手段で処理された液中の生物汚泥を前記硝化手段又は前記硝化手段に導入される前の前記アンモニア態窒素含有排水に返送する返送手段と、を有するアンモニア態窒素含有排水の処理装置であって、
前記硝化手段は、複数の硝化槽が直列に配置されたものであり、少なくとも最後段の硝化槽には生物保持担体が設置されず、前記最後段の硝化槽の容積は、全硝化槽の総容積の１／５０以上〜１／３以下の範囲であることを特徴とするアンモニア態窒素含有排水の処理装置。
【請求項２】
前記硝化槽内のアンモニア態窒素の濃度を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記最後段の硝化槽を除く硝化槽内に残存するアンモニア態窒素濃度が３ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上となるように、前記硝化槽内のアンモニア態窒素を制御することを特徴とする請求項１記載のアンモニア態窒素含有排水の処理装置。
【請求項３】
前記硝化手段は、少なくとも３つの硝化槽を有し、
前記硝化槽には、前記最後段の硝化槽及び前記最後段の前段の硝化槽を除く硝化槽で処理された液の少なくとも一部を前記最後段の硝化槽に流入させるバイパス路が設けられ、
前記処理液バイパス路には、前記最後段の硝化槽に流入するアンモニア態窒素濃度が３ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上となるように、前記処理液バイパス路を通る液の流量を調整する流量調整手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のアンモニア態窒素含有排水の処理装置。
【請求項４】
前記硝化槽には、前記排水を前記最後段の硝化槽以外の各硝化槽に流入させる排水路が設けられ、
前記排水路には、前記最後段の硝化槽に流入するアンモニア態窒素濃度が３ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上となるように、前記排水路を通る液の流量を調整する流量調整手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンモニア態窒素含有排水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア態窒素含有排水の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニア態窒素含有排水の処理方法としては、一般的に硝化脱窒法が行われる。この硝化脱窒法は、アンモニア態窒素を好気性条件下で微生物により亜硝酸態窒素または硝酸態窒素まで酸化する硝化工程と、硝化工程で処理された水を嫌気性条件下で窒素（ガス）まで還元する脱窒工程からなる。硝化工程では、浮遊式汚泥を用いた処理（浮遊式活性汚泥法）や、微生物保持担体を用いた生物膜法が採用されている。また、近年では曝気動力などのエネルギー消費を抑えるため、硝化工程においてアンモニア態窒素の酸化を亜硝酸態窒素までで止め、硝酸態窒素を生成させない方法が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、硝化槽当たりのアンモニア態窒素負荷量および硝化槽内のアンモニア態窒素濃度を所定範囲に維持し、亜硝酸型の硝化反応を行うことが開示されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、溶存酸素（ＤＯ）濃度を制御して、亜硝酸型の硝化反応を行う方法が開示されている。また、例えば、特許文献３には、無機炭素濃度を高く保つことにより、亜硝酸型の硝化反応を行う方法が開示されている。また、例えば、特許文献４には、硝化細菌を硝化グラニュールとして硝化槽で高濃度に維持して処理の高速化を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−６１４９４号公報
【特許文献２】特開平４−１２２４９８号公報
【特許文献３】国際公開第２００４／７４１９１号
【特許文献４】特開２００６−３２０７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、特許文献３の方法では、処理水中にアンモニア態窒素を高濃度で残留させるため、残留したアンモニア態窒素を後工程で硝酸態窒素にまで酸化して処理する必要がある。そうすると、処理に必要なアンモニア酸化細菌が阻害され、汚泥当たりの処理活性が低くなり、高負荷処理ができない場合がある。
【０００７】
また、特許文献２の方法では、残存するアンモニア態窒素濃度を低く維持することは可能であるが、基質である酸素の濃度を下げる必要があるため、汚泥当たりの処理活性が低くなり、高負荷処理ができない場合がある。また、特許文献４の方法では、脱窒工程において硝酸を亜硝酸、窒素ガスへと還元するのに要する水素供与体としての有機物が大量に必要となる。
【０００８】
そこで、本発明は、亜硝酸態窒素への硝化処理（亜硝酸型の硝化反応）を安定して、且つ高負荷で行うことができるアンモニア態窒素含有排水の処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、アンモニア態窒素含有排水中のアンモニア態窒素をアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化する硝化手段と、前記亜硝酸態窒素を窒素に還元する脱窒手段と、前記硝化手段又は前記脱窒手段で処理された液中の生物汚泥を前記硝化手段又は前記硝化手段に導入される前の前記アンモニア態窒素含有排水に返送する返送手段と、を有するアンモニア態窒素含有排水の処理装置であって、前記硝化手段は、複数の硝化槽が直列に配置されたものであり、少なくとも最後段の硝化槽には生物保持担体が設置されず、前記最後段の硝化槽の容積は、全硝化槽の総容積の１／５０以上〜１／３以下の範囲である。
【００１０】
また、前記アンモニア態窒素含有排水の処理装置において、前記硝化槽内のアンモニア態窒素の濃度を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記最後段の硝化槽を除く硝化槽内に残存するアンモニア態窒素濃度が３ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上となるように、前記硝化槽内のアンモニア態窒素を制御することが好ましい。
【００１１】
また、前記アンモニア態窒素含有排水の処理装置において、前記硝化手段は、少なくとも３つの硝化槽を有し、前記硝化槽には、前記最後段の硝化槽及び前記最後段の前段の硝化槽を除く硝化槽で処理された液の少なくとも一部を前記最後段の硝化槽に流入させるバイパス路が設けられ、前記処理液バイパス路には、前記最後段の硝化槽に流入するアンモニア態窒素濃度が３ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上となるように、前記処理液バイパス路を通る液の流量を調整する流量調整手段を備えることが好ましい。
【００１２】
また、前記アンモニア態窒素含有排水の処理装置において、前記硝化槽には、前記排水を前記最後段の硝化槽以外の各硝化槽に流入させる排水路が設けられ、前記排水路には、前記最後段の硝化槽に流入するアンモニア態窒素濃度が３ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上となるように、前記排水路を通る液の流量を調整する流量調整手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、亜硝酸態窒素への硝化処理を安定して、且つ高負荷で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る排水の処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る排水の処理装置の他の一例を示す概略構成図である。
【図３】本実施形態に係る排水の処理装置の他の一例を示す概略構成図である。
【図４】本実施形態に係る排水の処理装置の他の一例を示す概略構成図である。
【図５】本実施形態に係る排水の処理装置の他の一例を示す概略構成図である。
【図６】実施例１における第１硝化槽のアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素および硝酸態窒素の濃度の経時変化を示す図である。
【図７】実施例１における第２硝化槽の処理水中のアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素および硝酸態窒素の濃度の経時変化を示す図である。
【図８】実施例１における亜硝酸型硝化時の第１硝化槽のアンモニア態窒素と第２硝化槽の処理水中の硝酸態窒素濃度の関係を示す図である。
【図９】実施例１における硝化速度の経時変化を示す図である。
【図１０】比較例１の試験で用いた排水処理装置の構成を示す概略構成図である。
【図１１】比較例１における処理水のアンモニア態窒素、亜硝酸態窒素および硝酸態窒素の濃度の経時変化を示す図である。
【図１２】比較例１における硝化速度の経時変化を示す図である。
【図１３】比較例２の試験で用いた排水処理装置の構成を示す概略構成図である。
【図１４】比較例２における処理水のアンモニア態窒素、亜硝酸態窒素および硝酸態窒素の濃度の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、  本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る排水処理装置の一例を示す概略構成図である。図１に示す排水処理装置１は、硝化手段の一例としての第１硝化槽１０及び第２硝化槽１２、脱室手段の一例としての脱窒槽１４、返送手段の一例としての固液分離槽１６及び汚泥返送ライン１８、酸化槽２０、ｐＨ調整剤タンク２２、制御部２４により主要部が構成されている。
【００１７】
図１に示すように、第１硝化槽１０には排水流入ライン２６が接続され、各槽間には排出ライン２８が接続されている。また、固液分離槽１６の汚泥排出口（不図示）と排水流入ライン２６との間に汚泥返送ライン１８が接続されている。なお、この汚泥返送ライン１８は、直接第１硝化槽１０に接続されていてもよい。ｐＨ調整剤タンク２２と第１硝化槽１０及び第２硝化槽１２との間にｐＨ調整剤流入ライン３０ａ，３０ｂが接続されている。そして、ｐＨ調整剤流入ライン３０ａ，３０ｂには、ポンプ３２ａ，３２ｂが設置されている。
【００１８】
本実施形態の処理対象となる排水は、アンモニア態窒素を含有する排水であり、例えば、生活排水、食品工場排水、発電所排水、電子産業排水等の産業排水等が挙げられる。
【００１９】
＜硝化処理＞
アンモニア態窒素含有排水は、排水流入ライン２６から第１硝化槽１０に供給され、第１硝化槽１０及び第２硝化槽１２により、排水中のアンモニア態窒素を好気性条件下でアンモニア酸化細菌の作用により亜硝酸態窒素に酸化する硝化反応が行われる。具体的には、後述するが、第２硝化槽１２の容積は、第１硝化槽１０と第２硝化槽１２の容積の総量の１／５０以上〜１／３以下の範囲に規定することにより、第１硝化槽１０において、排水中のアンモニア態窒素のほとんどが亜硝酸態窒素に酸化され、第２硝化槽１２において、第１硝化槽１０で処理された水中に残存したアンモニア態窒素が亜硝酸態窒素に酸化される一方で、アンモニア態窒素から硝酸態窒素への硝化を抑制することが可能となる。以下、各硝化槽について具体的に説明する。
【００２０】
第１硝化槽１０には、エアレーション装置３３が設けられている。第１硝化槽１０では、排水流入ライン２６から流入する亜硝酸態窒素含有排水がエアレーション装置３３により曝気され、排水中のアンモニア態窒素が、好気性条件下で槽内のアンモニア酸化細菌の作用により、亜硝酸態窒素に酸化される（硝化反応）。
【００２１】
ここで、第１硝化槽１０では、排水中のアンモニア態窒素から硝酸態窒素への硝化（酸化）を抑制するために、第１硝化槽１０内に残存するアンモニア態窒素の濃度を制御することが好ましい。一般的に、亜硝酸蓄積型の硝化反応が起こっている硝化反応槽内では、アンモニア酸化細菌において一般に優先するＮｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ属細菌よりもＮｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ属細菌が優先する傾向にある。したがって、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ属細菌は亜硝酸酸化細菌との共生関係において欠陥を持っている可能性がある。そのため、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ属細菌を優先させることが好ましい。即ち、第１硝化槽１０内のアンモニア態窒素濃度をＮｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ属細菌が優先する程度に高く残存するように制御することが好ましい。
【００２２】
第１硝化槽１０内に残存するアンモニア態窒素の濃度制御方法の一例を説明する。例えば、まず、第１硝化槽１０内に設置されたアンモニア計３４により、第１硝化槽１０で処理された水のアンモニア濃度を測定する。そして、制御部２４は、該測定結果に基づき第１硝化槽１０内に備えられたエアレーション装置３３のバルブＶ１等の開閉量を制御し曝気風量を調整する。これにより、第１硝化槽１０内に残存するアンモニア態窒素濃度を制御することができる。第１硝化槽１０内のアンモニア態窒素濃度は、槽内でＮｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ属のアンモニア酸化細菌が優先する点で、３ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上が好ましく、特に、１０〜７０ｍｇ−Ｎ／Ｌがより好ましい。第１硝化槽１０内のアンモニア態窒素濃度が３ｍｇ−Ｎ／Ｌ未満となると、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ属のアンモニア酸化細菌よりＮｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ属のアンモニア酸化細菌が優先する場合がある。また、第１硝化槽１０内のアンモニア態窒素濃度が７０ｍｇ−Ｎ／Ｌを超えると、遊離アンモニア阻害により硝化活性が落ち、硝化速度低下となる場合がある。
【００２３】
また、原水中のアンモニア態窒素濃度が変動した場合等は、第１硝化槽１０内の汚泥濃度を調整して、第１硝化槽１０内にアンモニア態窒素が残存するようにすることが望ましい。例えば、制御部２４により、硝化槽の後段に設置される固液分離槽１６に沈殿した汚泥の排出時間やタイミング等を制御して、第１硝化槽１０に返送される汚泥量を調整することにより、第１硝化槽１０内にアンモニア態窒素を残存させることができる。
【００２４】
第１硝化槽１０は、アンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化することができる生物処理方法であれば特に制限されるものではなく、例えば、浮遊式活性汚泥法や活性汚泥が自己造粒化したグラニュール汚泥法、あるいはこれら浮遊式活性汚泥法またはグラニュール汚泥法と固定床、流動床、生物保持担体添加法等を組み合わせたもの等が挙げられる。生物保持担体添加法は、アンモニア酸化細菌が担持される生物保持担体が槽内に投入される。この生物保持担体は、特に制限されるものではないが、例えば、スポンジ、ゲル、プラスチック成型品等を利用することができる。具体的には、親水性のポリウレタンスポンジ、ポリビニルアルコールゲル等を利用することが好ましい。
【００２５】
通常、第１硝化槽１０では、アンモニア態窒素が硝化されて亜硝酸態窒素が生成されるため、ｐＨは低下する。ｐＨが低下すると、アンモニア酸化細菌等の硝化細菌にとって有毒である遊離亜硝酸態窒素濃度が増加し、硝化活性に影響を及ぼす虞がある。そのため、第１硝化槽１０に設置したｐＨ計３６により、第１硝化槽１０で処理された水のｐＨを測定し、該測定値が予め既定した値を下回った場合には、ポンプ３２ａを稼働させ、ｐＨ調整剤タンク２２に充填されたアルカリ剤をｐＨ調整剤流入ライン３０ａから第１硝化槽１０へ供給し、ｐＨ調整を行う。第１硝化槽１０から流出する遊離亜硝酸態窒素の濃度は０．０４ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。そして該濃度範囲にするためには、ｐＨは６．８〜８．０、好ましくは７．３〜８．０となるように調整されることが好ましい。使用するアルカリ剤は水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられるが特に制限されるものではない。
【００２６】
また、第１硝化槽１０内の水温は１０〜４０℃とするのが好ましい。水温が４０℃を超えると硝化反応が停止し、１０℃未満では硝化活性が劣る場合がある。
【００２７】
次に、第１硝化槽１０で処理した水は、排出ライン２８から第２硝化槽１２に供給される。第２硝化槽１２では、第１硝化槽１０で処理された水が、槽内に設けられたエアレーション装置３７により曝気され、第１硝化槽１０で処理された水に残存するアンモニア態窒素が、好気性条件下で槽内のアンモニア酸化細菌により亜硝酸態窒素に酸化される。なお、第１硝化槽１０で処理した水（アンモニア態窒素が残存した水）をそのまま、後述する脱窒槽１４に供給してもアンモニア態窒素は十分に処理されない。これは、例えば、脱窒槽１４の脱窒処理に従属栄養脱窒細菌が用いられる場合、アンモニア態窒素は従属栄養脱窒細菌では処理できないし、脱窒処理にＡＮＡＭＭＯＸ（独立栄養脱窒細菌）が用いられる場合、アンモニアと亜硝酸の比率制御が困難となるからである。
【００２８】
第２硝化槽１２は、第１硝化槽１０で残存したアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素に酸化することができる生物処理方法であれば特に制限されるものではなく、例えば、浮遊式活性汚泥法や活性汚泥が自己造粒化したグラニュール汚泥法等が挙げられる。しかし、生物保持担体添加法については、第２硝化槽１２に投入した生物保持担体にＮｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ属が優先して付着固定して、アンモニア態窒素や亜硝酸態窒素を硝酸態窒素へ酸化してしまう。したがって、本実施形態では、第２硝化槽１２内に生物保持担体は設置されない。なお、設置されないとは、水槽容積比１％以下の充填の場合も含まれる。
【００２９】
第２硝化槽１２の容積は、第１硝化槽１０と第２硝化槽１２の容積の総量の１／５０以上〜１／３以下が好ましい。第２硝化槽１２の容積が１／５０より小さいと、例えば硝化容積負荷が高すぎるため、第１硝化槽１０で処理した水に残存したアンモニア態窒素を亜硝酸態窒素にすることができない。また、第２硝化槽１２の容積が１／３より大きいと、例えばＮｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ属細菌が優先しやすいアンモニア低濃度の環境でのＨＲＴが長くなってしまい、亜硝酸酸化細菌も優先してしまうため、第１硝化槽１０で残存したアンモニア態窒素が硝酸態窒素にまで酸化されてしまう。
【００３０】
第２硝化槽１２には、ほとんどのアンモニア態窒素が既に亜硝酸化された状態で導入されるため、ｐＨの低下はほとんど起こらないが、例えば、装置の立ち上げ時や硝化活性低下などの場合には、アンモニア態窒素が高濃度で第２硝化槽１２に流入して、第２硝化槽１２においてもアンモニア態窒素の酸化によるｐＨの低下が起こり得る。そのため、第２硝化槽１２に設置したｐＨ計３８により、第２硝化槽１２で処理された水のｐＨを測定し、測定値が、例えば前述した既定値を下回った場合には、ポンプ３２ｂを稼働させ、ｐＨ調整剤タンク２２に充填されたアルカリ剤をｐＨ調整剤流入ライン３０ｂから第２硝化槽１２へ供給し、ｐＨ調整を行うことが好ましい。
【００３１】
本実施形態では硝化槽を２つ（第１硝化槽１０、第２硝化槽１２）備えているが、３つ以上（複数個）備えていてもよい。その場合、最も後段にある硝化槽が本実施形態で説明した第２硝化槽１２の役割を果たすように構成されることとなる。
【００３２】
＜汚泥返送＞
第２硝化槽１２で処理された液は、固液分離槽１６に供給される。固液分離槽１６内では、水と生物汚泥とに分離される。そして、水は脱窒槽１４に供給され、生物汚泥は、汚泥返送ライン１８を通り、第１硝化槽１０へ返送される。これにより、第１硝化槽１０および第２硝化槽１２内の汚泥を同一の菌叢とすることができる。また、前述したように、返送する生物汚泥量により、第１硝化槽１０内のアンモニア態窒素濃度を制御することも可能である。本実施形態では、固液分離槽１６を設置しているが必ずしも設置する必要はなく、汚泥返送ライン１８だけでもよい。すなわち、第２硝化槽１２と脱窒槽１４間の排出ライン２８を通る生物汚泥の一部が、汚泥返送ライン１８から第１硝化槽１０へ返送されることとなる。
【００３３】
本実施形態では、生物汚泥は、汚泥返送ライン１８、排水流入ライン２６を介して第１硝化槽１０に返送されているが、汚泥返送ライン１８を第１硝化槽１０に接続して、生物汚泥が汚泥返送ライン１８から直接第１硝化槽１０に返送されるようにしてもよい。
【００３４】
図２〜３は、本実施形態に係る排水処理装置の他の一例を示す概略構成図である。図２〜３に示す排水処理装置２，３において、図１に示す排水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す排水処理装置２は、第２硝化槽１２と脱窒槽１４の間に設けた固液分離槽１６及び汚泥返送ライン１８に代えて、返送手段の一例として、脱窒槽１４と酸化槽２０との間又は酸化槽２０の後段に設置される固液分離槽４０及び汚泥返送ライン４２を備えている。図２に示すように、汚泥返送ライン４２は、酸化槽２０の後段に設置された固液分離槽４０の汚泥排出口（不図示）と排水流入ライン２６間に接続されている。なお、汚泥返送ライン４２を固液分離槽４０の汚泥排出口と第１硝化槽１０間に接続してもよい。このような排水処理装置２では、固液分離槽４０により、脱窒槽１４（及び酸化槽２０）で処理された液が水と生物汚泥とに分離され、生物汚泥が汚泥返送ライン４２（及び排水流入ライン２６）から第１硝化槽１０に返送される。図３に示す排水処理装置３は、第２硝化槽１２と脱窒槽１４の間に設けた第１固液分離槽１６及び第１汚泥返送ライン１８（第１返送手段）と、脱窒槽１４と酸化槽２０との間又は酸化槽２０の後段に設置される第２固液分離槽４０及び第２汚泥返送ライン４２（第２返送手段）を備えている。図３に示すように、第２汚泥返送ライン４２は、第２固液分離槽４０の汚泥排出口（不図示）と第１固液分離槽１６及び脱窒槽１４間の排出ライン２８との間に接続されている。第２固液分離槽４０では、脱窒槽１４（及び酸化槽２０）で処理された液が水と生物汚泥とに分離され、生物汚泥が第２汚泥返送ライン４２及び排出ライン２８から脱窒槽１４に返送される。なお、図２及び３に示すように、酸化槽２０が設置されている場合には、脱窒槽１４の後段に配置される固液分離槽４０は、酸化槽２０の後段に設置することが好ましい。
【００３５】
＜脱窒処理＞
第２硝化槽１２で処理した水は、（固液分離槽１６を介して）脱窒槽１４で処理される。脱窒槽１４は、例えば、従属栄養性脱窒菌により、亜硝酸態窒素を窒素（ガス）に還元する脱窒処理方法を採用することができる。従属栄養性脱窒菌による脱窒処理では、従属栄養性脱窒菌の栄養源として、水素供与体を添加する必要がある。水素供与体としては、メタノールや排水中に含有されるＢＯＤ成分が使用される。本実施形態では、第２硝化槽１２で処理した水中のＮＯｘの多くが亜硝酸態窒素であるため、脱窒に要する水素供与体量を減らすことができる。
【００３６】
また、脱窒槽１４は、例えば、アンモニア態窒素を電子供与体とし、亜硝酸態窒素を電子受容体として脱窒処理をおこなうＡＮＡＭＭＯＸ菌の作用により、亜硝酸態窒素を窒素（ガス）に還元する脱窒処理方法等を採用することができる。以下にその一例を説明する。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る排水処理装置の他の一例を示す概略構成図である。図４に示す排水処理装置４において、図１に示す排水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示す排水処理装置４は、ＡＮＡＭＭＯＸ菌のグラニュール汚泥床を形成したＵＳＢ反応槽（Ｕｐｆｌｏｗ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｅｄ；上向流汚泥床）を脱窒槽１４として採用したものである。この場合、排水流入ライン２６は分岐して、脱窒槽１４と固液分離槽１６との間の排出ライン２８に接続され、排水がＵＳＢ反応槽（脱窒槽１４）に供給されるようにすることが好ましい。
【００３８】
＜酸化処理＞
図１〜３に示すように、脱窒槽１４から排出される液は、後段に設置される酸化槽２０（曝気槽）に供給される。酸化槽２０内に設けられる不図示のエアレーション装置により、脱窒処理後の液が曝気され、液中に残存するＢＯＤ成分等が好気性条件下で酸化処理される。なお、ＢＯＤ成分が過剰に含まれていない場合等は、必ずしも酸化槽２０を設置する必要はない。
【００３９】
なお、本実施形態の排水処理装置（排水処理装置１〜４）に供給される前の排水中にＳＳ成分、過酸化水素、フッ素イオン等が混入している場合、過酸化水素やフッ素イオン等は生物に対し阻害性を有するため、硝化反応や脱窒反応を行う前に、予め除去しておくことが好ましい。これらの阻害性物質の処理方法としては、既存の技術を使用することができ、過酸化水素の処理においては、酵素を添加する方法、還元剤を注入する方法、活性炭に接触させる方法等が挙げられる。また、ＳＳ成分等は凝集沈殿により処理することができ、フッ素イオンの処理においては、カルシウムを添加してフッ化カルシウムとして除去する方法、イオン交換樹脂にて処理する方法等が挙げられる。
【００４０】
また、硝化反応及び脱窒反応を行う前に、Ｃａ等を用いてフッ素イオンを予め除去すると、本実施形態で処理する排水中にＣａが含まれる場合があり、ｐＨによっては、脱窒反応で無機炭素とカルシウムが反応して炭酸カルシウムが析出する可能性がある。その場合には、脱窒反応のｐＨをランゲリア指数を参考に決定することで、炭酸カルシウムの析出を防ぐことができる。
【００４１】
図５は、本実施形態に係る排水処理装置の他の一例を示す概略構成図である。図５の排水処理装置５において、図１の排水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図５に示すように、排水処理装置５は、第１硝化槽１０、第２硝化槽１０ａ、第３硝化槽１２の３つの硝化槽を備えている。また、第１硝化槽１０と第２硝化槽１０ａとの間の排出ライン２８と第３硝化槽１２間にはバイパス路４６が接続されている。このようなバイパス路４６により、第１硝化槽１０で処理された水は、バイパス路４６を通り第３硝化槽１２へ流入する。すなわち、最後段の硝化槽である第３硝化槽１２を除く各硝化槽で処理された水が最後の硝化槽である第３硝化槽１２に流入するようになっている。また、本実施形態では、排水流入ライン２６は分岐して、第２硝化槽１０ａに接続される排水路２６ａが設けられており、排水が直接第２硝化槽１０ａに供給されるようになっている。
【００４２】
本実施形態の排水処理装置５では、例えば、最後の硝化槽の前段の硝化槽、すなわち第２硝化槽１０ａから排出される水中のアンモニア態窒素濃度が変動した場合等に、バイパス路４６に設けられるバルブＶ３や排水路２６ａに設けられるバルブＶ４の開閉量を調整する等して、バイパス路４６や排水路２６ａを通る液の流量を調整することによって、最後の硝化槽である第３硝化槽１２に流入するアンモニア態窒素濃度を一定範囲に保持することが好ましい。これにより、最後の硝化槽である第３硝化槽１２における亜硝酸化処理を確実に行うことが可能となる。ここで、最後の硝化槽である第３硝化槽１２に流入するアンモニア態窒素濃度は、前述した３ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上が好ましく、特に、１０〜７０ｍｇ−Ｎ／Ｌがより好ましい。
【００４３】
第２硝化槽１０ａから排出される水中のアンモニア態窒素濃度の変動は、例えば、第２硝化槽１０ａ内に設置されたアンモニア計３４により検知することが可能である。
【００４４】
以上のような本実施形態に係る排水処理装置によれば、亜硝酸態窒素への硝化処理を安定して、且つ高負荷で行うことができる。また、それ以外にも、以下に示す効果が考えられる。
（１）第１硝化槽ではＤＯ等を制限する必要がないため、高速でのアンモニア酸化が可能となる。
（２）第２の硝化槽では従来法とは異なり、アンモニア態窒素をほとんど残さずに処理できるにも関わらず、亜硝酸型硝化反応を行うことができる。
（３）従来法では流入原水中のアンモニア態窒素濃度や負荷によって処理後のアンモニア及び亜硝酸、硝酸濃度の比率に影響が大きかったが、本実施形態では生長速度が遅いアンモニア酸化細菌の菌叢が処理能力を左右するため、短期間の濃度、負荷変動には影響を受けにくく、安定した亜硝酸型硝化反応を維持することが可能である。
（４）本実施形態の硝化槽により得られた硝化液を脱窒槽に導入すると、硝酸―亜硝酸の還元処理をショートカットできるため、必要水素供与体量を大きく減らすことができる。
（５）図４に示す処理装置では、硝化液とともにアンモニア態窒素含有排水を脱窒槽に導入するため、アンモニア態窒素を電子供与体とし亜硝酸態窒素を電子受容体とする脱窒反応を行う脱窒細菌の作用により、有機物等の水素供与体を必要としない脱窒を行うことができる。また、後段にアンモニアを水素供与体に、亜硝酸を電子受容体にする脱窒反応を用いる場合においては、本実施形態の硝化槽ではアンモニア態窒素のほとんどが亜硝酸態窒素に変換されるため、硝化液とともにアンモニア態窒素含有排水を脱窒槽に流入させることで、アンモニア態窒素と亜硝酸態窒素の比率を従来法よりも容易に調整することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
図１に示す装置を用いて亜硝酸型硝化および脱窒処理を行った。実施例１の排水の性状及び用いた装置の仕様と条件は以下の通りである。
【００４７】
＜試験条件＞
排水：塩化アンモニウムを添加して、ＮＨ４−Ｎ濃度３５０ｍｇ／Ｌとした合成排水
第１硝化槽：寸法３８２ｍｍφ×５２８ｍｍ高さ、容量２５Ｌ（水面高さ 約２２５ｍｍ
）、処理方法は浮遊式活性汚泥法（グラニュール法）
第２硝化槽：寸法１４０ｍｍ×１４０ｍｍ×５５０ｍｍ高さ、容量５．１Ｌ（水面高さ 
約３２０ｍｍ）、処理方法は浮遊式活性汚泥法（グラニュール法）
第１及び第２硝化槽内の水温：２０℃
第１及び第２硝化槽内のＤＯ濃度：５ｍｇ／Ｌ
脱窒槽：寸法３８２ｍｍφ×５２８ｍｍ高さ、容量２２Ｌ（水面高さ 約１９０ｍｍ）、
処理方法は従属栄養脱窒処理
酸化槽：寸法２００mm×２００mm×２５０mm高さ、容量４．５Ｌ（水面高さ 約１１
３ｍｍ）
【００４８】
実施例１の試験では、第１硝化槽内のアンモニア態窒素濃度が１０ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるように硝化槽に負荷をかけた。図６は、第１硝化槽のアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素および硝酸態窒素の濃度の経時変化を示す図である。図７は、第２硝化槽の処理水中（消化液中）のアンモニア態窒素と亜硝酸態窒素および硝酸態窒素の濃度の経時変化を示す図である。図８は、亜硝酸型硝化時の第１硝化槽のアンモニア態窒素と第２硝化槽の処理水中（硝化液中）の硝酸態窒素濃度の関係を示している。図９は、実施例１における硝化速度の経時変化を示す図である。
【００４９】
（比較例１）
図１０は、比較例１の試験で用いた排水処理装置の構成を示す概略構成図である。図１０に示す排水処理装置６の構成は、硝化槽を単体としたこと以外は図１に示す排水処理装置１の構成と同様である。比較例１の排水の性状及び用いた装置の仕様と条件は以下の通りである。
【００５０】
排水：塩化アンモニウムを添加して、ＮＨ４−Ｎ濃度８００ｍｇ／Ｌとした合成排水
硝化槽：寸法３８２ｍｍφ×５２８ｍｍ高さ；容量３８Ｌ（水面高さ 約３４０ｍｍ）
処理方法：浮遊式活性汚泥法
【００５１】
比較例１では、特開２００６−３２０７２３に示す硝化グラニュールを用い、硝化負荷１．３ｋｇＮ／ｍ３／日まで馴養を行い、処理水中の窒素がほぼ硝酸態窒素に転換されていることを確認した後、処理水のアンモニア態窒素、亜硝酸態窒素および硝酸態窒素の濃度の経時変化を測定した。その結果を図１１に示す。また、比較例１における硝化速度の経時変化の結果を図１２に示す。
【００５２】
（比較例２）
図１３は、比較例２の試験で用いた排水処理装置の構成を示す概略構成図である。図１３に示す排水処理装置７は、第１硝化槽５０及び第２硝化槽５２を備えるが、第１硝化槽５０および第２硝化槽５２には、生物保持単体であるスポンジ担体５４を各水槽容積比で２０％となるように充填した。それ以外は、実施例１と同じ条件で硝化処理を行い、処理水中（消化液中）のアンモニア態窒素、亜硝酸態窒素および硝酸態窒素の濃度の経時変化を測定した。その結果を図１４に示す。
【００５３】
図１１から明らかなように、硝化槽を分割しない比較例１では、処理水においてほぼすべての窒素がＮＯ３−Ｎに転換されていた。そして、図１２に示す通り、比較例１における硝化速度は０．５〜１．５ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙの範囲であった。一方、図６、図７から明らかなように、硝化槽を分割した実施例１では、ＮＯ２−Ｎへの転換量は増加し、処理水のＮＯ３−Ｎ濃度は安定した状態で一部の窒素が除去されていた。なおかつ硝化液にアンモニア態窒素の残存はほとんどなかった。また、図８に示すように、第１硝化槽のアンモニア態窒素が３ｍｇ−Ｎ／Ｌを下回ると硝化液中の硝酸態窒素濃度が大きく上昇することから、第１硝化槽のアンモニア態窒素濃度は３ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上に調整することが好ましかった。そして、図９に示す通り、実施例１における硝化速度は１〜２．４ｋｇＮ／ｍ３／ｄａｙの範囲であり、比較例１より高い値となった。
【００５４】
図１４から明らかなように、硝化槽を分割してスポンジ担体を充填した比較例２では、硝化液中にアンモニア態窒素が残存する状況にも関わらず、硝化液中にＮＯ３−Ｎが優先する結果となった。これは、担体が存在するために、アンモニア態窒素が低濃度で優先するＮｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ属のアンモニア酸化細菌が水槽内に留まれるためと考えられる。
【符号の説明】
【００５５】
１〜７  排水処理装置、１０，５０  第１硝化槽、１０ａ，１２，５２  第２硝化槽又は第３硝化槽、１４  脱窒槽、１６，４０  固液分離槽、１８，４２  汚泥返送ライン、２０  酸化槽、２２  ｐＨ調整剤タンク、２４  制御部、２６  排水流入ライン、２６ａ  排水路、２８  排出ライン、３０ａ，３０ｂ  ｐＨ調整剤流入ライン、３２ａ，３２ｂ  ポンプ、３３，３７  エアレーション装置、３４  アンモニア計、３６，３８  ｐＨ計、４６  バイパス路、５４  スポンジ担体。
【図１】
2013081881.tif 000003
【図２】
2013081881.tif 000004
【図３】
2013081881.tif 000005
【図４】
2013081881.tif 000006
【図５】
2013081881.tif 000007
【図８】
2013081881.tif 000008
【図１０】
2013081881.tif 000009
【図１２】
2013081881.tif 000010
【図１３】
2013081881.tif 000011
【図６】
2013081881.tif 000012
【図７】
2013081881.tif 000013
【図９】
2013081881.tif 000014
【図１１】
2013081881.tif 000015
【図１４】
2013081881.tif 000016